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黄杏元《地理信息系统概论》（第3版）配套题库【名校考研真题＋课后习题＋章节题库＋模拟试题】试读：
第一部分 名校考研真题
第1章 导 论
一、名词解释
1地理信息[江西师范大学2014年研]
答：地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
2地理数据[西北大学2012年研]
答：地理数据是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据，主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。地理数据可分为空间数据、属性数据、时态数据。
3空间决策支持[江西师范大学2012年研]
答：空间决策支持是应用空间分析的各种 手段对空间数据进行处理变换，以提取出隐含于空间数据中的某些事实与关系，并以图形和文字的形式直接地加以表达，为现实世界中的各种应用提供科学、合理的决策支持。由于空间分析的手段直接融合了数据的空间定位能力，并能充分利用数据的现势性特点。因此，其提供的决策支持将更加符合客观现实，因而更具有合理性。
4地理信息科学（注：把地理信息科学翻译成全英文）[西北大学2012年研]
答：Geographic information science is proposed by Goodchild in 1992. Compared with the geographic information system，it is more focused on geographic information as a science，not only the realization of technology. The research focuses on the process，storage，extraction，management and analysis of the geographic information in the application of computer technology.
5组件式GIS软件[华东师范大学2006年研]
答：组件式ＧＩＳ软件是采用了面向对象技术和组件式软件的GIS 系统（包括基础平台和应用系统）。其基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个组件，每个组件完成不同的功能。各个GIS组件之间，以及GIS组件与其它非GIS组件之间，都可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS基础平台以及应用系统。
二、简答题
1地理信息系统与地理信息科学。[华东师范大学2015年研]
答：（1）地理信息系统的定义
地理信息系统（Geographical Information System，GIS）是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。地理信息系统是采集、存储、管理、处理、分析、建模和显示有关地理现象的综合系统，用来解决复杂的规划和管理问题。（2）地理信息科学的定义
地理信息科学主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题，如数据的获取和集成、分布式计算、地理信息的认知和表达、空间分析、地理信息基础设施建设、地理数据的不确定性及其对于地理信息系统操作的影响及地理信息系统的社会实践等。与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作一门科学，而不仅仅是一个技术实现。
2简述常规地理信息系统的硬件组成；数据处理设备，数据输入设备，数据输出设备，各举两例说明其功能和用途。[ 南京大学2008年研]
答：（1）数据处理设备
数据处理设备是地理信息系统硬件的主体，作为系统硬件的核心，它包括从服务器到图形工作站、微机等各种形式的计算机，可用作数据的处理、管理与计算。例如图形工作站和客户机/服务器系统。图形工作站是一种具备强大的数据运算与图形、图像处理能力的高性能微型计算机。客户机/服务器系统是计算机网络中重要的分布式体系结构，服务器是整个网络系统中负责提供管理、计算和存储等功能的核心计算机，多台客户机各自处理相应的任务，共同实现完整的应用。（2）数据输入设备
数据输入设备的作用是将地理数据转换成数字的形式存入计算机，以便进行处理和分析计算等工作。例如数字化仪和数字测量设备。数字化仪由电磁感应板、游标和相应的电子线路组成。数字测量设备主要是地理数据的采集设备，通常有数字摄影测量工作站、全球定位系统（GPS）等。（3）数据输出设备
数据输出设备的作用是为地理信息系统软件提供用户操作的界面，并把地理信息系统的最终成果展现给用户。例如打印机和计算机显示器。打印机用于成果如图表图像等的打印。计算机显示器是地理信息系统的主要图形交互操作人机界面。
3简述GIS的特点和待解决的问题。[哈尔滨师范大学2012年研]
答：（1）GIS的特点
①开放性
具有开放式环境及很强的可扩充性和可连接性。GIS技术支持多种数据库管理系统，如 ORACLE、SYBASE、SQLSERVER等大型数据库；运行多种编程语言和开发工具；支持各类操作系统平台；为各应用系统，如SCADA、EMS、CRM、ERP、MIS、OA等提供标准化接口；可嵌入非专用编程环境。
②先进性
GIS平台采用与世界同步的计算机图形技术、数据库技术、网络技术以及地理信息处理技术。系统设计采用目前最新技术，支持远程数据和图纸查询，利用系统提供的强大图表输出功能，可以直接打印地图、统计报表、各类数据等。可分层控制图纸、无级缩放、支持漫游、直接选择定位等功能。系统具备完善的测量工具，现场勘查数据，线路杆塔等设备的初步设计，并可直接进行线路设备迁移与相关计算等，实现线路辅助设计与设备档案修改。具有线路的方位或区域分析判断功能，为用户提供可靠的辅助决策，综合统计分析，为管理决策人员提供依据。特别是把可视化技术和移动办公技术纳入GIS系统的总体设计范围。地图精度高，省级地图的比例尺达到1：10000或1：5000，市级地图比例尺达到1：1000或1：500，地图能分层显示山川、水系、道路、建筑物、行政区域等。
③发展性
具有很强的可扩充性和可连接性。在应用开发过程中，考虑系统成功后进一步发展，包括维护性扩展功能和与其它应用系统的街接与整合的方便。开发工具一般采用J2EE、XML等。（2）待解决的问题
①GIS设计与实现的方法学问题
②GIS的功能问题
③多媒体地理信息系统的管理和操作问题
④GIS地理信息的深加工问题
⑤空间信息可视化技术和虚拟现实技术（VR）
第2章 地理信息系统的数据结构
一、名词解释
1线性四叉树[江西师范大学2014年研] [江西师范大学2012年研]
答：是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。其基本思想是首先把一幅图像或一幅栅格地图等分成四部分，如果检查到某个子区的所有格网都含有相同的值（灰度或属性值），那么这个子区域就不再往下分割；否则，把这个区域再分割成四个子区域，这样递归地分割，直至每个子块都只含有相同的灰度或属性值为止。
2空间数据模型 [江西师范大学2013年研]
答：空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，它为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供着基本方法。因此，对空间数据模型的认识和研究在设计GIS空间数据库和发展新一代GIS系统的过程中起着举足轻重的作用。
3空间拓扑关系 [江西师范大学2013年研] [江西师范大学2012年研]
答：空间拓扑关系描述的是基本的空间目标点、线、面之间的邻接、关联和包含关系。它对数据处理和空间分析具有重要的意义，因为：①根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种空间实体相对于另一种空间实体的位置关系；②利用拓扑关系有利于空间要素的查询；③可以根据拓扑关系重建地理实体。
4TIN [江西师范大学2013年研] [江西师范大学2012年研]
答：TIN（Triangulated Irregular Network）为不规则三角网的缩写，TIN方法将无重复点的散乱数据点集按某种规则(如Delaunay规则)进行三角剖分，使这些散乱点形成连续但不重叠的不规则三角面片网，并以此来描述3D物体的表面。三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的密度和位置，能够避免地形平坦时的数据冗余，又能按地形特征点表示数字高程特征。
5游程编码[西北大学2012年研]
答：游程编码是逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度，其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。
6栅格游程编码[南京大学2006研]
答：栅格游程编码是逐行将相邻同值的栅格合并，记录合并后栅格的值及合并栅格的数量（即游程），游程是指栅格矩阵一行内相邻同值栅格的数量，也称为行程。其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。
7空间数据编码 [河海大学2005年研]
答：空间数据编码是根据GIS的目的和任务，把地图，图像等资料按一定数据结构转化为适于计算机存贮和处理的数据过程。
二、简答题
1矢量数据结构和栅格数据结构。[华东师范大学2015年研]
答：（1）矢量数据结构
矢量数据结构是基于矢量模型的数据结构。矢量数据结构是利用欧几里得（Euclid）几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。它通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。这种数据组合方式能很好地表达地理实体的空间分布特征，数据精度高，数据存储的冗余度低，但对于多层空间数据的叠合分析比较困难。（2）栅格数据结构
基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，是指将空间分割成有规则的网格，称为栅格单元，在各个栅格单元上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。栅格数据结构表示的是二维表面上地理要素的离散化数值，每个网格对应一种属性，其空间位置用行和列标识。
2空间数据有什么特征？它与非空间数据的根本差异是什么？[江西师范大学2014年研]
答：（1）空间数据特征
在GIS中，由于空间数据代表着现实世界地理实体或现象在信息世界中的映射，因此它反映的特征同样应该包括自然界地理实体向人类传递的基本信息。因此，空间数据具有三个基本特征：空间特征、属性特征及时间特征。
①空间特征：空间特征是指地理现象和过程所在的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻地理现象和过程的空间关系，包括方位关系、拓扑关系、相邻关系、相似关系等。空间位置可以通过坐标数据来描述，称为定位特征或定位数据；空间关系称为拓扑特征或拓扑数据。
②属性特征：属性特征是指地理现象和过程所具有的专属性质，通常包括名称、数量、质量、性质等，称为属性数据。
③时间特征：时间特征是指一定区域内的地理现象和过程随着时间的变化情况，称为时态数据。（2）与非空间数据的根本差异
空间数据的表达可以采用栅格和矢量两种形式。空间数据表现了地理空间实体的位置、大小、形状、方向以及几何拓扑关系。
属性数据表现了空间实体的空间属性以外的其他属性特征，属性数据主要是对空间数据的说明。
3空间数据中的几何数据是什么？请说明它与属性数据的关系。[江西师范大学2013年研]
答：空间数据中的几何数据是指实体或现象的空间位置或现在所处的地理位置，一般以坐标数据表示。
几何数据和属性数据相对于时间来说，常常呈相互独立的变化，即在不同的时间，空间位置不变，但是属性类型可能已经发生变化，或者相反。因此可以不断更新属性数据来体现实体或现象的时时特征，同时也可反映实体或现象的变化规律和变化特征。而几何数据又说明了属性数据发生的地理位置及其存在的意义。
4阐述GIS数据组织的主要方式以及它们的特点。[南京大学2007年研]
答：（1）GIS数据组织的主要方式
GIS数据组织的主要方式包括矢量数据结构和栅格数据结构。
①矢量数据结构是矢量模型的数据结构。矢量数据结构是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。
②栅格数据结构是基于栅格模型的数据结构。栅格数据结构是指将空间分割成有规则的网格，称为栅格单元，在各个栅格单元上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。（2）矢量和栅格数据结构的特点
①矢量数据结构的特点
a．栅格数据的优点
数据结构简单；空间叠加分析方便，有利于各空间组合分析；数据模拟便捷；适合大比例尺。
b．栅格数据的缺点
缺少空间实体的定量准确数据；缺少结构信息拓扑关系；输出图像质量不高；网络分析困难；不适合做不连续的数据处理。
②栅格数据结构的特点
a．矢量数据的优点
数据精度高，更新方便；数据存储空间小，信息量大；数据输出精度高方便快捷；具有拓扑数据结构，有利于进行拓扑分析；适合各种比例尺。
b．矢量数据的缺点
数据结构复杂，矢量化工作麻烦；图形叠加复杂绘图成本高，耗时。
5地理空间数据的基本特征。[河海大学2005年研]
答：在GIS中，由于空间数据代表着现实世界地理实体或现象在信息世界中的映射，因此它反映的特征同样应该包括自然界地理实体向人类传递的基本信息。因此，空间数据具有三个基本特征：空间特征、属性特征及时间特征。（1）空间特征：空间特征是指地理现象和过程所在的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻地理现象和过程的空间关系，包括方位关系、拓扑关系、相邻关系、相似关系等。空间位置可以通过坐标数据来描述，称为定位特征或定位数据；空间关系称为拓扑特征或拓扑数据。（2）属性特征：属性特征是指地理现象和过程所具有的专属性质，通常包括名称、数量、质量、性质等，称为属性数据。（3）时间特征：时间特征是指一定区域内的地理现象和过程随着时间的变化情况，称为时态数据。
6述空间数据结构的拓扑关系及其对GIS数据处理和空间分析有何重要意义。 [南京大学2001年研]
答：（1）在GIS中，对于凡具有网状结构特征的地理要素，例如，自然与行政的分区、各种资源类型的空间分布以及交通网等，都存在节点、弧段和多边形之间的拓扑关系。拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法，在GIS中，它不但用于空间数据的编辑和组织，而且在空间分析和应用中都具有非常重要的意义。拓扑关系的类型有拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。（2）对GIS数据处理与空间分析的意义
空间数据的拓扑关系，对GIS的数据处理和空间分析具有重要的意义，因为：
①根据拓扑关系，不需要利用坐标或者计算距离，就可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系。因为拓扑数据已经清楚地反映出地理实体之间的逻辑结构关系，而且这种拓扑数据较之几何数据有更大的稳定性，即它不随地图变换而变化。
②利用拓扑数据有利于空间要素的查询。例如，应答某些区域与哪些区域邻接；某条河流能为哪些政区的居民提供水源；与某一湖泊邻接的土地利用类型有哪些；确定一块与湖泊相邻的土地覆盖区，用于对生物栖息环境做出评价等问题，都需要利用拓扑数据。
③可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。例如，建立封闭多边形，实现道路的选取，进行最佳路径的计算等。
第3章 空间数据处理
一、名词解释
1地图投影[西北大学2012年研]
答：地图投影是建立平面上的点（用平面直角坐标或极坐标表示）和地球表面上的点（用纬度和精度表示）之间的函数关系。
2矢量多边形的拓扑关系[南京大学2008年研]
答：矢量多边形的拓扑关系是指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质，是明确定义空间结构关系的一种数学方法。它用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的关系，不考虑图形元素的具体位置，包括拓扑邻接、拓扑关联和拓扑包含三种类型。
3高斯投影坐标系[南京大学2008年研]
答：高斯投影是横轴椭圆柱投影。它是将一个横椭圆柱套在地球椭球体上，椭球体中心O在椭圆柱中心轴上，椭球体南北极与椭圆柱相切，并使某一子午线与椭圆柱相切。此子午线称中央子午线。然后将椭球体面上的点、线按正形投影条件投影到椭圆柱上，再沿椭圆柱N、S点母线割开，并展成平面，即成为高斯投影平面。根据高斯投影的特点，以赤道和中央子午线的交点为坐标原点，中央子午线方向为x轴，北方向为正，赤道投影线为y轴，东方向为正，象限按顺时针Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ排列形成的坐标系就是高斯投影坐标系。
4空间数据压缩[华东师范大学2006年研]
答：空间数据压缩即从所取得的数据集合S中抽出一个子集A，这个自己作为一个新的信息源，在规定的精度范围内最好地逼近原集合，而又取得尽可能大的压缩比。
5数据压缩 [河海大学2005年研]
答：数据压缩是指在不丢失信息的前提下，缩减数据量以减少存储空间，提高其传输、存储和处理效率的一种技术方法。数据压缩包括有损压缩和无损压缩。
6投影转换[河海大学2005年研]
答：投影转换是从一种地图投影变换为另一种地图投影。其实质是建立两平面场之间及邻域双向连续点的一一对应的关系。
二、简答题
1栅格向矢量转换的方法。[哈尔滨师范大学2012年研]
答：栅格数据结构向矢量数据结构的转换又称为矢量化。矢量化的目的：一是将扫描仪获取的图像栅格数据存入矢量形式的空间数据库；二是将栅格数据进行数据压缩，将面状栅格数据转换为由矢量数据表示的多边形边界。（1）基于图像数据的矢量化方法
图像数据是不同灰阶的影像，通过扫描仪按一定的分辨率进行扫描采样，得到不同灰度值（0—255）表示的数据，需要进行二值化、细化和跟踪等矢量化步骤。（2）栅格数据的矢量化方法
①在栅格数据中搜索多边形边界弧段相交处的节点位置
②从搜索出的节点里任选一个作为起始跟踪节点，顺着栅格单元属性值不同的两个栅格单元之间进行多边形边界弧段的跟踪，记录每一步跟踪的坐标，直到另一个节点为止，则完成一条边界弧段的跟踪矢量化。重复上述过程，做到所有的边界弧段都被生成。
③将跟踪得到的弧段数据连接组织成多边形，则完成了多边形栅格数据的矢量化。
2根据下面示意图，给出其矢量数据结构编码。[江西师范大学2012年研]
答：点：
线：
多边形：
3栅格数据和矢量数据的优缺点？栅格数据主要分析方法有哪些？[西北大学2012年研]
答：（1）栅格数据和矢量数据的优缺点 优点缺点1．便于面向实体的数据表达 1．数据结构较复杂 2．软矢2．数据结构紧凑、冗余度低 件实现的技术要求比较高 量3．拓扑结构有利于网络分析、3．多边形叠合等分析相对空间查询等困难1．数据量较大，冗余度高，1．数据结构相对简单 2．空间栅需要压缩处理 2．定位精度分析较容易实现 3．有利于遥感格比矢量低 3．拓扑关系难以数据的匹配应用和分析表达（2）栅格数据主要分析方法
栅格数据的空间分析主要包括空间聚类、空间聚合、叠置分析等内容。
①空间聚类分析：是根据预先设定的聚类条件，从栅格数据中将所有符合标准的区域输出到图上，不符合条件的区域为空白。
②空间聚合分析：根据空间分辨率和分类表，进行数据类别的合并与转换，以实现空间地域的兼并。空间聚合的结果是将较复杂的类别转换为较简单的类别，并且常以较小比例尺的图形输出。
③空间叠置分析：栅格叠置分析和矢量多边形叠置分析一样，是求两组或两组以上空间图形的交集。但是多边形叠置分析得到的是合成多边形，而栅格叠置分析得到的是合成的数据串。
4矢量多边形数据的拓扑关系、TIN数据的拓扑关系、网络数据的拓扑关系分别有哪些，举例说明。[南京大学2006研]
答：（1）拓扑关系
拓扑关系是指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质，是明确定义空间结构关系的一种数学方法。它用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的关系，不考虑图形元素的具体位置，包括拓扑邻接、拓扑关联和拓扑包含三种类型。拓扑邻接是两个相同拓扑元素的关系，拓扑关联则是两个不同拓扑元素的关系，拓扑包含是指一个拓扑元素包含于另一个拓扑元素之内。（2）矢量多边形数据的拓扑关系
矢量多边形数据的拓扑关系有拓扑邻接及拓扑包含。如在某校园GIS网络中，两相邻宿舍楼的关系是拓扑邻接；某院系区域内包含某栋教学楼的关系是拓扑包含。（3）TIN数据的拓扑关系
TIN数据的拓扑关系只有拓扑邻接。（4）网络数据的拓扑关系
网络数据的拓扑关系包括拓扑关联、拓扑邻接和拓扑包含。如在某校园GIS网络中，教学楼与连接教学楼的道路之间的关系是拓扑关联。
5怎样将遥感数据与地图数据进行配准，写出原理与方法。[华东师范大学2006年研]
答：将遥感影像和地图导入到ERDAS里面去，找同名点，然后用ERDAS的几何纠正对影像进行纠正即可。原理就是几何变形。
具体做法：renceing的Layer中选择你的TM影像作为需要配准的图层。
在TM上选取控制点，再在你的地理底图上选取对应的控制点。一般控制点选取道路的交叉点是合适的。同样控制点要均匀的分布在整个影像中。打开link table，检查RMS，理论上这个数字越小表示控制点的位置越精确，校正得到的底图精度也越高。理论上，要求RMS小于半个像元。可以删除掉个别RMS较大的控制点。在Georeferenceing菜单下，点击Rectify，将校准后的影像另存或者update Georeferenceing即可。
第4章 地理信息系统空间数据库
一、名词解释
1分布式GIS [江西师范大学2013年研]
答：所谓分布式就是指数据和程序可以不位于一个服务器上，而是分散到多个服务器，以网络上分散分布的地理信息数据及受其影响的数据库操作为研究对象的一种理论计算模型。分布式有利于任务在整个计算机系统上进行分配与优化，克服了传统集中式系统会导致中心主机资源紧张与响应瓶颈的缺陷，解决了网络GIS中存在的数据异构、数据共享、运算复杂等问题，是地理信息系统技术的一大进步。
2GIS互操作 [江西师范大学2012年研]
答：即空间数据的互操作，指针对异构的数据库和平台，实现数据处理的互操作，是“动态”的数据共享，独立于平台，具有高度的抽象性，是空间数据共享的发展方向。它包括从最底层的面向硬件的互操作，到应用层次的信息团体之间的语义共享。其实现方式之一是OpenGIS。
3空间数据库[西北大学2012年研]
答：空间数据库是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。
4元数据[西北大学2012年研] [河海大学2005年研]
答：元数据是指描述空间数据的数据，它描述空间数据集的内容、质量、表示方式、空间参考、管理方式以及数据集的其他特征，是空间数据交换的基础，也是空间数据标准化与规范化的保证，在一定程度上为空间数据的质量提供了保障。
5空间数据引擎[华东师范大学2006年研] [南京大学2007年研]
答：空间数据引擎是一种空间数据库管理系统的实现方法，即在常规数据库管理系统之上添加一层空间数据库引擎，以获得常规数据库管理系统功能之外的空间数据存储和管理的能力。代表性的是ESRI的SDE。
6时空数据库 [河海大学2005年研]
答：时空数据库是存储、管理随时间变化,其空间位置和/或范围也发生变化的时空对象的数据库系统,时空索引技术是时空数据库管理系统的关键技术之一。
二、简答题
1时空一体化数据模型主要有哪几种？说明它们的优缺点。[江西师范大学2014年研]
答：GIS中时空一体化数据结构和数据模型注重以一体化的形式表达地理数据在时间和空间方面的特性。这些模型主要有以下三种：
时间片快照模型
优点：（1）可以直接在当前的GIS软件中实现；（2）当前的数据库总是处于有效状态。
缺点：（1）这种快照图像仅代表地理现象的瞬时状态，而缺乏对现象所包含的对象变化的明确表现，因此它不能确定地理现象所包含的对象之间在时间上的拓扑联系。在查询跟踪能力方面，由于没有时间维拓扑联系的存在，这一模型将无法实施按时间联系而确立的查询跟踪规则。（2）由于时间片快照是对状态数据的完整存储，所以造成数据的冗余度极大。
底图叠加模型
优点：照适宜的时间间隔记录数据随时间发生的变化，能确定地理现象所包含的对象之间在时间上的拓扑联系。
时空合成模型
优点：（1）保持了底图叠加模型的优点；（2）与GIS数据库表达空间、属性数据的手段相似，因而便于以矢量为基础的GIS软件的实现。
2论述GIS主要的空间索引方法。[江西师范大学2013年研]
答：常见的空间索引有范围、格网和四叉树等。（1）范围索引
范围索引即在记录每个空间实体的坐标时，同时记录每个空间实体的最大和最小坐标。在通过一个查询范围查询包含在其中的空间实体时，根据空间实体的最大和最小范围，预先排除那些没有落入查询范围内的空间实体，只对那些最大和最小范围落在查询范围里的空间实体进行进一步的坐标位置等判断，最后查询出那些真正落入查询范围内的空间实体。（2）格网空间索引
格网空问索引的基本思想是将区域划分成大小相等的网格，记录每个网格内所包含的空间实体在数据库中的地址。为了便于建立空间索引的线性表，可以将每一个空间网格按顺序进行编码，建立顺序码与空间实体的对应关系。没有包含空间实体的网格，在索引表中不出现其编码。如果一个网格中含有多个实体，则需要记录多个实体。当用户进行空间查询时，首先计算出用户查询所在网格，然后再在索引表中找到该网格中包含的空间实体，这样一来就加速了空间实体的查询速度。（3）四叉树空间索引
四叉树空间索引是将区域进行若干层次的划分，每个层次的划分是将上一层次划分得到的每个区域分成四个相等的子区域，判定空间实体包含在哪一层次的哪一个子区域中，则用子区域的编码来记录空间实体，这样就形成了一个四叉树的空间划分。为了便于按次序记录各个子区域，可以将每一个子区域按Morton码（或称Peano键）进行线性四叉树的编码，建立起Morton码与空间实体的对应关系。
3根据空间数据库的管理模式，简述通用的数据库模型中哪些适用于空间数据管理。并说明文件管理系统与数据库管理系统有哪些异同点。 [南京大学2002年研]
答：（1）适用于空间数据管理的通用数据库模型
①关系模型
在“用户观点”下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。
②层次模型
用“树形结构”来表示各类实体以及实体间的联系。
③网状模型
用网络结构表示实体类型及其实体之间联系的模型。
④面向对象模型
面向对象模型是一种新兴的数据模型，它采用面向对象的方法来设计数据库。面向对象的数据库存储对象是以对象为单位，每个对象包含对象的属性和方法，具有类和继承等特点。（2）文件管理系统与数据库管理系统的异同点
文件管理系统是数据库管理最为普遍的方法，但是有很多缺点：
①首先每个应用程序都必须直接访问所使用的数据文件，应用程序完全依赖于数据文件的存储结构，数据文件修改时应用程序也随之修改；
②其次是数据文件的共享，由于若干用户或应用程序共享一个数据文件，要修改数据文件必须征得所有用户的认可，由于缺乏集中控制也会带来一系列数据库的安全问题，数据库的完整性是严格的，信息质量很差比没有信息更糟。
数据库管理系统是在文件管理系统的基础上进一步发展的系统。它在用户应用程序和数据文件之间起到了桥梁作用。其最大优点是提供了两者之间的数据独立性，即应用程序访问文件时，不必知道数据文件的存储结构。当数据文件的存储结构改变时，不必改变应用程序，
4简述GIS空间数据库设计的基本步骤。[南京大学2001年研]
答：（1）需求分析：即用系统的观点分析与某一特定的空间数据库应用有关的数据集合。（2）概念设计：把用户的需求加以解释，并用概念模型表达出来。（3）逻辑设计：空间数据库逻辑设计的任务是，把信息世界中的概念模型利用数据库管理系统所提供的工具映射为计算机世界中为数据库管理系统所支持的数据模型，并用数据描述语言表达出来。（4）物理设计：是指数据库存储结构和存储路径的设计，即将要数据库的逻辑模型在世纪的物理存储设备上加以实现，从而建立一个具有教好性能的物理数据库。
第5章 空间分析的原理与方法
一、名词解释
空间叠加分析 [江西师范大学2013年研]
答：空间叠加分析是将代表不同主题的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，叠置结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性。
数字地形模型[哈尔滨师范大学2012年研]
答：数字地形模型是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。
正射影像[南京大学2007年研]
答：正射影像是以航摄像片或遥感影像为基础，经扫描处理并经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌，按地形图范围裁剪成的影像数据，并将地形要素的信息以符号、线画、注记、公里格网、图廓整饰等形式添加到该影像平面上，形成以栅格数据形式存储的影像数据库。数字正射影像具有地形图的几何精度和影像特征。
数字地形分析[南京大学2007年研]
答：数字地形分析对于格网DEM是指利用其进行地形曲面拟合、立体透视分析、通视分析、计算地形属性（地形的坡度、坡向、曲面面积、地表粗糙度、高程变异，以及谷脊特征等）、流域特征地貌提取与等高线自动分割；数字地形分析对于三角网DEM是指利用其进行三角网内插和等高线追踪。
DTM [河海大学2005年研]
答：DTM即数字地面模型，是利用一个任意坐标系中大量选择的已知x、y、z的坐标点对连续地面的一种模拟表示，或者说，DTM就是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。x、y表示该点的平面坐标，z值可以表示高程、坡度、温度等信息。
二、简答题
1设有5各顶点v1、v2、v3、v4和v5，相互间通路如图1所示。图中边上所标的数字为该边距离（km），请用“Dijkstra算法”计算从v1到v5的最短路径。[江西师范大学2013年研]
图1，
答：（1）以v1为起点，图1的邻接矩阵为：（2）选择一个节点使得它是当前求得的一条从起始点出发的最短路径的终点。设S为已经找到的从起始点出发的最短路径的终点的集合，V为所有终点的集合。（3）修改从起始点出发到集合V-S中的任一顶点的最短路径长度。对于集合V-S中的某一顶点，如果从起始点直接到它的长度（不经过其他顶点）大于其他可行线路（可绕行其他顶点），则将起始点到该店的距离改为所有可能中的最小数值。（4）重复（2）（3）步骤，求得从v1到各个顶点的最短路径是依路径长度递增的序列。（5）Dijkstra计算结果如下图所示：
所以，v1到v5的最短路径为：v1-v4-v3-v5，长度为60。
2举例说明点与多边形，线与多边形，多边形与多变形的叠置分析的用途，并图示表示多边形与多边形叠置中Intersect与Union。[南京大学2008年研]
答：（1）点与多边形叠置分析的用途
点与多边形的叠合是通过确定一个点状空间特征中的点落在另一个多边形空间特征中的哪一个多边形内，以便为每个点赋予新的多边形属性。例如，利用城市点位数据与行政区多边形数据相叠合，可以用来确定城市所在的省份。（2）线与多边形叠置分析的用途
线与多边形的叠合是通过确定一个线状空间特征中的线经过另一多边形空间特征中的哪个多边形，以便为线赋予新的多边形属性。例如，当为了确定一条高速公路在各个行政区内的里程数时，就需要将道路线状数据与行政区划多边形数据相叠合。（3）多边形与多边形叠置分析的用途
多边形与多边形的叠合是指将两个不同的多边形空间特征数据相重叠，产生新的多边形特征数据，用以解决地理变量的多准则分析、区域多重属性的分析、地理特征的动态变化分析，以及图幅要素更新、区域信息提取等。多边形与多边形的叠合包括Union、Intersect、Identity、Erase、Update五种叠合方式。（4）例图
图2 Union叠合分析的示意图
图3 Intersect叠合分析的示意图
3．说明Delaunay三角网和Voronoi图之间的内在关系，并说明它们在GIS中的应用。[南京大学2008年研]
答：（1）Delaunay三角网与Voronoi图的内在关系
Delaunay三角网是由与相邻Voronoi多边形共享一条边的相关点连接成的三角形。Delaunay三角网的外接圆圆心时域三角形相关的Voronoi多边形的一个顶点。Delaunay三角网是Voronoi图的偶图，可对点集剖分生成Delaunay三角网后构造得到Voronoi图。（2）在GIS中的应用
Delaunay三角网和Voronoi图用于构造TIN这种数字高程模型。
4基于图和表的多边形空间叠置？栅格数据能进行叠置吗？[河海大学2005年研]
答：（1）基于图和表的多边形空间叠置
将两个不同的多边形空间特征数据相重叠，产生新的多边形特征数据，用以解决地理变量的多准则分析、区域多重属性的分析、地理特征的动态变化分析，以及图幅要素更新、区域信息提取等。（2）栅格数据能进行叠置。
基于栅格数据叠合分析的特点是，参与叠合分析的空间数据为栅格数据结构。栅格数据的叠合算法可以有多个空间特征数据参与分析，而不像矢量叠合分析只能在两个空间特征数据之间进行。栅格叠合分析虽然数据占用存储量比较大，但是运算过程比较简单。
栅格叠合分析的条件是，要具备两个或多个相同地区的相同行列数的栅格数据，栅格单元的大小也相同。栅格叠合分析的结果是一个新生成的栅格数据，其中的每一个栅格的数值都是由参与计算的原栅格数据计算得到的，栅格叠合通过计算产生新的空间信息。
第6章 地理信息系统的应用模型
简答题
阐述当前电子政务系统的特点及发展趋势，说明GIS如何在电子政务系统中发挥作用。[南京大学2007年研]
答：（1）电子政务系统的特点
电子政务系统就是用现代信息技术对资源管理和业务或服务流程进行数字化、网络化改造，实现高效、优质的资源管理与服务方式，实现工作方式向协同办公方式转变。根据不同行业、部门的业务特点，要提出共性为基础皆具有个性化特点的电子政务系统整体解决方案，把各个独立的系统有机的结合在一起，克服了信息不能共享、数据孤岛、重复建设、开发周期长、开发风险大的弊端。（2）电子政务系统的发展趋势
当前，电子政务系统的发展趋势是完全实现信息互通互享和信息公众服务，其应用主要是以地理信息为载体提供各类电子政务信息服务，真正实现社会化和大众化。（3）GIS在电子政务系统中发挥作用的方式
①GIS是电子政务的基础地理空间平台
政府办公业务综合资源数据库所涉及的信息是多方面的，需要GIS的地理空间数据。其中，地理空间数据是政务数据、统计数据和专题数据的信息载体和空间定位基础。
②GIS可以为电子政务提供清晰易读的可视化工具
以地理空间数据和社会经济等非空间数据整合为基础的GIS可以通过制作面向应用的专题地图、专题系列地图、多媒体动态电子地图系统、三维显示技术和虚拟现实技术等手段可以为电子政务提供空间辅助分析和决策的可视化平台，从而大幅度提高政府决策活动的质量和效率。
③GIS赋予电子政务以空间辅助决策的功能
GIS的空间数据与社会经济数据进行融合后，就能实现对非空间数据的空间定位、空间分析(如网络分析，缓冲区分析和叠加分析等)和空间辅助决策。通过空间数据挖掘，可以获得新的信息和知识，从而提高政府机关决策的科学性和时效性。
④电子政务需要GIS的技术支持
GIS技术的参入，为电子政务的海量数据管理、多源空间数据(地图数据，航空遥感数据、卫星遥感数据、GPS卫星定位数据、外业测量数据等)和非空间数据的融合、Web GIS技术和自主版权软件系统的开发、空间分析、空间数据挖掘和空间辅助决策等提供了技术支撑，从而可提高政府机构的科学决策水平和决策效率。
第7章 地理信息系统的设计与评价
简答题
1．建立火警地理信息系统，做到快速定位、最短路线及时间短几个方面。[华东师范大学2015年研]
答：火警地理信息系统的建立步骤如下：（1）系统分析
对火警系统用户进行需求调查和可行性分析，最后提出新系统的目标和结构方案。（2）系统概要设计
根据系统研制的目标来规划系统的规模和确定系统的各个组成部分，其主要内容包括主要内容包括用户需求、系统目标、总体结构和系统配置。（3）系统详细设计
系统详细设计以对用户需求的进一步详细调查为依据，分别完成各个子系统的逻辑结构设计、数据库设计、功能模块设计、用户界面设计等。（4）系统实施
①路径分析实现
a．获取几何网络工作空间
b．定义一个边线旗数组，把离点串最近的网络元素添加进数组
c．设置开始和结束边线的权重
d．进行路径分析
e．得到路径分析的结果
②空间查询实现
空间查询主要包括基于属性的查询和基于空间位置查询也称为空间关系查询。查询使用的游标来实现。
2某待建工厂的选址条件为：a）地面坡角小于2。5度；b）距离水库不小于250米；c）距离铁路1公里到10公里之间；d）不得建在森林地或沼泽地内。试写出主要的工作流程（包括准备哪些数据、对数据要作哪些前期处理、通过实施哪些空间操作才能完成选址任务）。 [江西师范大学2012年研]
答：所需要的数据：（1）研究区的地形图（2）水库分布图（3）铁路分布图（4）森林及沼泽地分布图
具体步骤：（1）根据地形图的地形等高线数据生成研究区的DEM。（2）提取坡角小于2。5度的区域。（3）对水库分布图做等距离图（缓冲区），提取距离不小于250m的区域。（4）对铁路分布图做等距离图（缓冲区），提取距离在1公里到10公里的区域。（5）将森林及沼泽地分布图分成林地沼泽地及非林地非沼泽地两类。（6）将（1）-（5）处理的结构做拓扑叠置（逻辑与运算），得到可选的区域，将选择的区域及相关信息以地图和表格的形式打印输出。
注：以上步骤可做适当调整和展开。
第8章 地理信息系统产品的输出设计
一、名词解释
1虚拟现实技术[江西师范大学2013年研]
答：虚拟现实技术是指利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。典型的VR系统主要由计算机软、硬件系统（包括VR软件和VR环境数据库）和VR输入、输出设备等组成
2数字地球[南京大学2006研]
答：数字地球是一个以地球坐标为依据的、具有多分辨率的海量数据和多维显示的地球虚拟系统。数字地球可看做是对地球的三维多分辨率表示、它能够放入大量的地理数据。数字地球的建立需要有信息高速公路和计算机宽带高速网络技术、高分辨率卫星影像、空间信息技术、大容量数据处理与存贮技术、科学计算以及可视化和虚拟现实技术作为技术支撑。
二、简答题
1GIS架构体系[华东师范大学2015年研]
答：GIS架构体系是指GIS系统的组织方式，包括网络地理信息系统（Web-GIS）、组件式GIS（Com-GIS）、虚拟现实GIS（VR-GIS）、时态GIS（TGIS）、互操作GIS和3S集成这几种形式。（1）Web-GIS采用客户端/服务器模式，客户可以向服务器请求数据、分析工具或模块，服务器或者执行客户的请求并把结果通过网络送回给客户；（2）Com-GIS是把GIS的各种功能模块划分为不同类型的控件，每个控件完成各自的功能，各部分通过可视化开发工具集成形成的应用系统；（3）VR-GIS是以地球系统为对象的虚拟现实技术，是虚拟现实与地球信息系统结合的产物；（4）TGIS跟踪和分析空间数据随时间的变化，描述系统随时间变化的过程；（5）互操作GIS解决地理数据的共享和继承、地理操作的分布和共享等需要，实现在异构环境下多个地理信息系统或其应用系统之间的互相通信和协作；（6）3S集成由GPS、GIS和RS进行集成得到。
2给出遥感粗略图、GPS接收机和数码相机，制作校园平面图和立体图。[华东师范大学2015年研]
答：（1）制作校园平面图的方法
①数字测图
a．建立GPS平面控制网
在测区选取均匀分布的控制点架设仪器进行外业观测，将观测得到的数据导入计算机进行GPS网平差，得到各控制点坐标；
b．GPS-RTK测量
将之前平差得到的各控制点坐标输入GPS接收机，进行点校正后，就可以采用GPS-RTK采集碎部点坐标；
c．数字内业成图
将外业测量所得的观测数据导入CASS成图软件，绘制测区的数字地形图和数字高程图。
②制作遥感影像平面图
a． 将给出的遥感粗略图导入ENVI或ERDAS中，进行去噪声及辐射校正等预处理工作；
b．导入①最后所得的数字地形图，并选取适当数目的控制点，对预处理后的遥感影像进行几何校正；
c．导入①最后所得的数字高程图，对进行几何校正后的遥感影像进行正射校正；
d．对进行正射校正后的遥感影像进行图像增强和处理，使图像层次丰富、清晰易读。得到的影像即为所需的平面图。（2）制作校园立体图的方法
①用数码相机拍摄校园内地物地貌的图片；
②将制作平面图过程中所得的数字地形图导入ArcMap中，利用插件工具，将所需要建模的区域导入SketchUp，在SketchUp创建模型。SketchUp中将模型转成ArcGIS的Multipatch
模型要素文件并保存于Personal GeoDatabase中即可。最后得到的图形即为所需的立体图。
第二部分 课后习题
第1章 导 论
1什么是地理信息系统（GIS）？它与一般的计算机应用系统有哪些异同点？
答：（1）地理信息系统
地理信息系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。（2）与一般计算机应用系统的异同点
地理信息系统隶属于信息系统，属于空间信息系统。它与非空间信息系统（如管理信息系统）的主要区别在于它能够处理空间定位数据，并且其存储和处理的信息是经过地理编码的。具体如下：
①GIS与机助制图系统
机助制图是地理信息系统的主要技术基础，它涉及GIS中的空间数据采集、表示、处理、可视化甚至空间数据的管理。地理信息系统和数字制图系统的主要区别在于空间分析方面。一个功能完善的地理信息系统可以包含数字制图系统的所有功能，此外它还应具有丰富的空间分析功能。
②GIS与DBMS（数据库管理系统）
GIS除需要功能强大的空间数据的管理功能之外，还需要具有图形数据的采集、空间数据的可视化和空间分析等功能。因此，GIS在硬件和软件方面均比一般事务数据库更加复杂，在功能上也比后者要多得多。
③GIS与CAD系统二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形、属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。
④GIS与遥感图像处理的系统
遥感图像处理的系统是专门用于对遥感图像数据处理进行分析处理的软件。它主要强调对遥感栅格数据的几何处理、灰度处理和专题信息提取。这种系统一般缺少实体的空间关系描述，难以进行某一实体的属性查询和空间关系查询以及网络分析等功能。
2地理信息系统有哪几个主要部分组成？它的基本功能有哪些？试举目前广泛应用的两个基础地理信息系统软件为例，列出它们的功能分类表，并比较其异同点。
答：（1）系统组成
地理信息系统，一般包括系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。
①系统硬件
用以存储、处理、传输和显示空间数据和地理信息系统。
②系统软件
用于执行GIS功能的各种操作。
③空间数据
它具体描述地理实体的属性特征、空间特征。
④应用人员
包括开发人员和最终用户。
⑤应用模型
应用模型是GIS生命力的重要保证。（2）系统功能
①数据采集与编辑功能
包括图形数据采集与编辑和属性数据编辑与分析。
②数据的存储和管理功能
地理信息数据库管理系统是数据存储和管理的高新技术，包括数据库定义、数据库的建立与维护、数据库操作、通讯功能等。
③数据处理和变换
包括数据变换、数据重构、数据抽取。
④空间查询与空间分析功能
包括拓扑空间查询、缓冲区分析、叠置分析、空间集合分析、地学分析、数字高程模型的建立、地形分析等。
⑤二次开发和编程功能
用户可以在自己的编程环境中调用GIS的命令和函数，或者GIS系统将某些功能做成专门的控件供用户开发使用。
⑥应用功能
包括资源管理、区域规划、国土监测和辅助决策等。（3）基础GIS软件
①功能分类表
a．ArcGIS
ArcGIS包括ArcReader、ArcView、ArcEditor及ArcInfo四个产品。ArcReader用来浏览、查询PMF数据文件；ArcView提供了全面的制图、数据使用、分析以及简单的数据编辑和空间处理工具；ArcEditor除了包括了ArcView中的所有功能之外，还包括了对Shapefile和Geodatabase的高级编辑工能，此外ArcEditor还具有管理存储在Microsoft SQL Server Express中ArcSDE Geodatabase的能力；ArcInfo是一个全功能的旗舰式GIS桌面产品，扩充了ArcView和ArcEditor的高级空间处理功能，还包括传统的ArcInfo Workstation应用程序。
b．GeoMedia
GeoMedia应用空间数据仓库技术，便于建立地理空间目标的自动综合，实现多进程、多线程、内存缓冲、快速索引、数据的完整性、一致性、分布性、并发控制、安全与恢复等特性；内嵌关系数据库引擎，用户建立的GIS数据库与其它系统可以进行实现真正的数据共享和交流；GeoMedia实现了多源数据的无缝集成，可以将多个GIS数据源的数据直接读取。
3试说明地理信息系统的基本分析功能与应用模型之间的区别和联系是什么？
答：（1）GIS的基本分析功能
①叠合分析
叠合分析通过将同一地区若干个不同数据层相叠合，不仅建立新的空间数据，而且能将输入的属性数据予以合并。
②缓冲区分析
缓冲区分析是在点、线或面等不同实体周围建立一定宽度的缓冲多边形，以确定不同地理要素的空间邻近性或其影响范围。
③数字地形分析
数字地形是地理信息系统中地形起伏的数字化表达和存储形式，其中，数字高程模型是常见的一种数字地形。（2）分析功能与应用模型的区别和联系
①联系
地理信息系统分析功能是基于现有数据按照一定规律或者参数进行计算得出的结构，这些规律和参数可以构成一个应用模型，比如降雨量计算模型和风力强度计算模型等。
②区别
应用模型很多是专业领域的模型，其表现可以是参数表格也可以是图标或计算公式，不利于地理信息这种要与地理坐标想联系，并且需要特殊的可视化效果的信息分析与表达。因此，要构建适合于地理信息分析和表达的应用模型就要把如气象农业等行业应用模型转变或者结合地理信息做成与空间信息想连接的模型应用于分析。
4根据你的了解，阐述地理信息系统的相关学科及关联技术，并就地理信息系统基础理论的建立和发展问题，发表你的意见和观点。
答：（1）与其他相关学科系统间的关系
①GIS与地图学
GIS是以地图数据库（主要来自地图）为基础，其最终产品之一也是地图，因此它与地图有着极密切的关系。GIS是地图学理论、方法与功能的延伸，它们都是空间信息处理的学科，地图学强调图形信息传输，而GIS则强调空间数据处理与分析，地图学与GIS之间的联系是通过地图可视化工具与他们的潜力来增强GIS的数据综合和分析能力。
②GIS与一般事务数据库
GIS离不开数据库技术。数据库技术主要通过属性来管理和检索，但一般没有空间概念，能够处理空间数据。
③GIS与计算机地图制图
计算机地图制图技术的发展对GIS的产生起了促进作用，又反过来为地图GIS制图提供了现代化的先进技术手段。数字地图是GIS的数据源，也是GIS的表达形式，计算机地图制图是GIS的重要组成部分。
④GIS与计算机辅助制图（CAD）
GIS处理的多为自然目标，CAD处理的多为规则几何图形及其组合。GIS的属性库内容结构复杂，功能强大，图形属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征。（2）对GIS发展的观点
GIS技术的发展不是孤立进行的，而是在与其他相关学科相互联系的过程中实现的，所以，未来GIS的发展，离不开相关学科的理论支持，地理信息系统已经发展为一门综合的学科，只有在与相关学科的相互借鉴中才能继续深入发展。
5地理信息系统可应用于哪些领域？根据你的了解论述地理信息系统的应用和发展前景。
答：（1）地理信息系统的应用领域
地理信息系统广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。
①资源管理
主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源（如土地、森林、草场）分布、分级、统计、制图等问题。
②资源配置
GIS在这类应用中的目标是保证资源的最合理配置和发挥最大效益。
③城市规划和管理
空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]